Çarpma etkisine maruz kalmış yüksek dayanımlı betonarme kirişlerin davranışlarındaki değişimin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı; farklı çarpma enerjilerine maruz kalmış ancak taşıma gücünü tamamen kaybetmemiş, farklı süneklik kapasitelerine sahip yüksek dayanımlı betonarme kirişlerin eğilme ve kesme kapasitelerindeki değişimin tespit edilmesidir. Çarpma etkileri nedeniyle oluşan eğilme ve kesme kapasitelerindeki değişimin tespiti için, kirişler üzerinde çarpma deneyleri sonrasında eğilme deneyleri de yapılmıştır. Böylelikle betonarme kirişlerin davranışlarındaki değişim çarpma etkilerine maruz kalmamış referans betonarme bir kirişin deneysel sonuçları ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada çarpma etkileri sonrasında, artık yük ve moment taşıma kapasiteleri, yerdeğiştirme ve dönme süneklikleri, maksimum kesme çatlak genişlikleri ile donatılardaki (çekme, basınç, kesme) şekildeğiştirmeler karşılaştırılarak, yüksek dayanımlı betonarme kirişlerin rijitlik ve enerji yutma kapasitelerindeki değişim belirlenmiştir. Bununla birlikte kirişlerde oluşan dönme değerleri ile teorik kesme dayanımları TBDY 2018'de verilen performans seviyeleri için tanımlanan sınır değerler ile TBDY 2018, ACI 318-14'te tanımlanan teorik kesme dayanımları kıyaslanmıştır. Böylelikle çarpma etkilerine maruz kalmış ancak eğilme ve kesme kapasitelerini tamamen yitirmemiş betonarme kirişlerin, betonarme davranışlarındaki değişime bağlı olarak onarım, güçlendirme veya yeniden imalat gibi öneriler ortaya konmuştur. Bu tez çalışmasının deneysel kısmı 3 ana aşamadan oluşmaktadır. Deneysel çalışmanın birinci aşamasında pilot deneyler yapılarak düşme yüksekliği ve düşürülen kütlenin büyüklüğüne bağlı olarak enerji düzeyleri tanımlanmıştır. Bu tez çalışmasında literatür ile benzer şekilde farklı çarpma enerjileri elde edilmiştir. Düşme yüksekliği 3,0 m ve düşürülen kütlenin büyüklüğü (vurma başlığının kütlesi) ise 240 kg olarak seçilmiştir. Vurma başlığına eklenen değişik kalınlıklardaki çelik plakalar ile ağırlığı arttırılmış ve 3 farklı enerji düzeyi elde edilmiştir. Deneysel çalışmanın ikinci aşamasında pilot deney sonuçları dikkate alınarak deney numunelerinin boyutları ve donatı oranları belirlenmiş ve çarpma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılacak betonarme kirişlerin boyutları, beton basınç dayanımları, enine donatıları ve a/d oranları sabit tutulmuş sadece boyuna donatı oranları değiştirilmiştir. Boyuna donatı oranları ve süneklik düzeyleri farklı beş farklı deney numune tipi oluşturulmuştur. Bu deney numunelerinin eğilmeden kesmeye doğru gevrekleşen davranış göstermeleri amaçlanmıştır. Deneysel çalışmanın son aşamasında çarpmaya maruz kalmış numunelerin ve referans numunelerinin eğilme deneyleri yapılmıştır. Yüksek dayanımlı betonarme kirişlerin davranışlarındaki değişim ile çarpma etkisi arasındaki ilişki, kirişlerin artık yük ve moment taşıma kapasiteleri (residual load bearing capacity) ile sünekliklerindeki değişim karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

The aim of this study is to determine the change in bending and shear capacity of high strength reinforced concrete (RC) beams with different ductility capacities which have been subjected to different impact energies but have not lost their bearing capacity completely. In order to determine the change in bending and shear capacities caused by impact effects, bending tests were also performed after impact tests on beams. Thus, the changes in the behavior of RC beams were examined by comparing the experimental results of a reference reinforced concrete beam which was not subjected to impact effects. In the experimental study, residual load and moment carrying capacities, displacement and rotational ductilities, bending rigidities, energy absorption capacities, maximum shear crack widths and deformations of reinforcements (tension, compression, and shear) were determined after the impact effects. Additionally, the experimental rotations and shear strengths of beams are compared with the limit rotation values and theoretical shear strengths given in TBEC 2018 and ACI 318-14. In addtion to, appropriate intervention methods, such as repair, strengthening, and reconstruction have been recommended according to the damage intensity for the behavior of impact damaged high-strength RC beams. This thesis consists of three main stages. In the first stage of the experimental study, pilot experiments were performed and energy levels were defined depending on the free fall height and the mass of the impactor. In this thesis, different impact energies were obtained using different mass of impactor or different free fall height likewise the literature. In the second stage of the experimental study, the dimensions and reinforcement ratios of the test specimens were determined considering results of the pilot tests and the impact tests were performed. The dimensions, concrete compressive strength, transverse reinforcement and a/d ratios of the specimens used in the experiments were kept constant and only the longitudinal tension reinforcement ratios were changed to represent the five different behavior of RC beams changing from ductile to brittle manner. In the final stage of the experimental study, static flexural tests of both reference and impacted specimens were carried out to examine comparatively the relationship between the change in the behavior of high-strength reinforced concrete beams and the impact effect, the residual load bearing capacity and the change in ductility of the beams.